光伏发电产业已成为能源转型的重要支柱。光伏板表面温度（PV panel surface temperature, PST）在暖季可高达45−65°C，直接关系到光电转换效率和设备安全。PST不是常规监测指标，而现有卫星反演主要面向自然下垫面，无法正确表达大型电站光伏板温度。针对上述难题，清华大学地球系统科学系阳坤教授课题组综合考虑光伏阵列的三维结构、观测几何与方向性发射率效应等因素，提出了一种基于MODIS 1 km热红外温度产品估算PST的方法。

研究团队构建的PST估算方法包括的主要过程有（1）混合像元内光伏面积比随观测角度的变化：基于光伏阵列的宽度、长度、行间距、安装高度、倾角及MODIS观测几何（观测天顶角、观测方位角），计算像元内光伏板在传感器方向上的可视面积比例；（2）方向性发射率的参数化：利用实测多角度发射率数据，建立光伏板发射率随观测角度变化的模型，克服传统“各向同性”假设；（3）热辐射分解：将MODIS波段辐射分解为场站内光伏板、行间间隙与场站外背景三部分贡献，通过逆普朗克函数求解PST。

研究选取新疆五家渠（干旱区，固定倾角阵列）与四川甘孜（高原湿润区，水平单轴跟踪阵列）两个大型光伏电站开展验证，利用热电偶实测背板温度数据作为PST真值。图1展示了在暖季（5−10月）两个站点根据MODIS Terra（10:30过境）和Aqua（13:30过境）热红外温度产品估算的PST与实测值的比较。卫星清晨过境时刻的估算精度普遍优于午后，干旱站点的估算精度优于湿润站点。这可能与午后局地对流增强、湿润区云污染更严重有关。

图1 暖季10:30和13:30过境时刻在（a, c）五家渠（2020–2021年）和（b, d）甘孜（2025年）光伏电站光伏板温度估算值与观测值对比。

图2 忽略光伏板的低发射率特性对光伏板温度估算的影响。

研究进一步分离了光伏板低发射率特性和观测方向性对估算结果的影响。结果表明，发射率偏差是影响估算精度的首要因素，发射率每增加0.01，估算的PST降低约1°C。如果不考虑光伏板低发射率特性，将导致严重的冷偏差（图2）。以10:30卫星过境时间为例，五家渠RMSE从3.7°C增加至11.3°C，偏差从1.0°C增加至−10.8°C；甘孜RMSE从6.4°C增加至15.2°C，偏差从−1.9°C增加至 −13.5°C。因此，忽略光伏板低发射率（约0.87 vs. 自然地表>0.94）会引入约10°C的系统性冷偏差。此外，方向性效应在甘孜站点贡献显著，完全忽略观测几何与方向性发射率会使冷偏差额外增加约1°C，而在间距宽的五家渠条件下方向性效应不显著。对光伏板温度估算而言，考虑光伏板的低发射率效应远比方向性效应重要。

图3 在10:30过境时刻，（a）五家渠（2020—2021年）和（b）甘孜（2025年）电站光伏板温度的估算性能。

敏感性分析发现，光伏板间地表温度（T_gap）是不确定性的主要来源。为了减少输入参数的需求，本算法假设板间地表温度近似等于邻近相同类型自然地表温度。该假设在夏季基本成立，然而在冬季（12–3月）将引起显著的估算误差（图3）。这主要归因于冬季光线斜射下阵列阴影延长（以五家渠为例，冬季阴影可达6 m，占满行间间隙），板间地表温度明显低于电站外自然地表温度，采用目前的假设将导致PST被明显低估。此外，积雪可能将进一步放大这一偏差。未来研究应引入板间能量平衡，改进板间地表温度的估算，以提升冬季PST的估算精度。

本研究提出的基于卫星遥感的光伏板温度估算算法提供了广域的光伏板温度估算值，可用于大型光伏电站的光伏板温度模型校正、发电效率评估及热风险预警。相关研究成果以“考虑方向性效应的MODIS光伏板表面温度估算”（Photovoltaic panel surface temperature retrieval from MODIS through accounting for directional effects）为题，于2026年6月在《国际应用地球观测与地理信息杂志》（International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation）期刊上在线发表。清华大学地球系统科学系博士后贺敏为论文第一作者，阳坤教授为通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金可持续国际合作项目等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jag.2026.105379

供稿：贺敏 阳坤

编辑：王佳音

审核：俞乐